AM超外差廣播系統(tǒng)設(shè)計資料

通信原理課程設(shè)計報告摘要:為了深刻直觀的了解AM廣播電臺系統(tǒng)的通信過程，體現(xiàn)AM超外差廣播系統(tǒng)的工作原理和信號的傳輸過程，本設(shè)計使用通信系統(tǒng)與仿真專用軟件systemview對通信系統(tǒng)進行了實時仿真分析。通過systemview對系統(tǒng)中信號的波形和頻譜進行了直觀的觀測和分析，驗證了頻分復(fù)用和AM超外差廣播的工作原理。關(guān)鍵詞：systemview仿真；超外差廣播；頻分復(fù)用；幅度調(diào)制第1頁共1頁通信原理課程設(shè)計報告設(shè)計背景超外差式收音機是指輸入信號和本機振蕩器信號產(chǎn)生一個固定中頻信號的過程。超外差式是相對于直放式而言的一種接收方式，所謂超外差接收就是 不論接收什么頻率的信號，首先都把它變成一種特定的頻率。 為了提高穩(wěn)定性，這個頻率選的相對低一點，通常把它稱為： “中頻”，我國的工業(yè)標準規(guī)定 AM（調(diào)幅）收音機的中頻為 465KHz。超外差收音機能把不同頻率的電臺信號混頻后變成固定的中頻信號，再由放大器對這個固定的中頻信號 進行放大。超外差接收技術(shù)廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，通常的 AM中波收音機覆蓋的頻率范圍是540~1700KHz，中頻頻率為456KHz，商業(yè)廣播發(fā)射采用常規(guī)調(diào)幅， 調(diào)制度接近1，一般解調(diào)器采用最簡單的二極管?；驹?.1AM調(diào)幅基本原理在連續(xù)波的模擬調(diào)制中，最簡單的形式是使單頻余弦載波的幅度在平均值處隨調(diào)制信號線性變化，或者輸出已調(diào)信號的幅度與輸入調(diào)制信號 f(t)呈線性對應(yīng)關(guān)系，這種調(diào)制稱為標準調(diào)幅或一般調(diào)幅，記為 AM。2.1.1調(diào)制部分標準調(diào)幅的調(diào)制器可用一個乘法器來實現(xiàn)。AM信號時域表達式為：sAM(t)[A0m(t)]cosctA為載波幅度，c為載波頻率，mt)為調(diào)制信號。其中：0(其頻域表示式為：SAM()A0[(c)(c)]1[M(c)M(c)]2第2頁共2頁通信原理課程設(shè)計報告m(t) sAM(t)＋A0 cos ct圖1：AM調(diào)制原理圖 解調(diào)部分：解調(diào)有相干和非相干兩種。非相干系統(tǒng)設(shè)備簡單，但在信噪比較小時，相干系統(tǒng)的性能優(yōu)于非相干系統(tǒng)。這里采用相干解調(diào)。n(t)sm(t)＋帶通sm(t)sd(t)低通mo(t)濾波器ni(t)nd(t)濾波器no(t)cosct圖2；解調(diào)原理框圖2.2超外差廣播系統(tǒng)基本原理無線廣播的接收儀器為收音機， 在晶體管收音機中多采用磁性天線作為接收信號的天線。從天線收到的微弱高頻信號先經(jīng)過一級或幾級高頻小信號放大器（這部分往往也可以省略不用）放大。然后送至混頻器與本地振蕩器所產(chǎn)生的等幅振蕩電壓相混合，所得到的輸出電壓包絡(luò)形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率則轉(zhuǎn)換為兩個高頻頻率之差（或和）。這叫做中頻。中頻電壓在經(jīng)過中頻放大器放大送入檢波器，得到檢波輸出電壓。最后再經(jīng)過放大器放大，送到揚聲器（或耳機）中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?。超外差式廣播接收機原理圖如圖 3所示。第3頁共3頁通信原理課程設(shè)計報告圖3：超外差式廣播接收機原理圖超外差式廣播接收機利用混頻電路使本機振蕩信號與接收信號收到的廣播信號進行非線性混頻，使得二者的差值始終為 465KHz，這樣就降低了放大電路的信號頻率，可以有效克服直接放大式廣播的缺點，其工作原理圖如圖 4所示：圖4::超外差式廣播系統(tǒng)原理圖3.AM超外差式廣播系統(tǒng)的 systemview設(shè)計3.1軟件介紹Systemview是一種適用于通信系統(tǒng)分析的仿真軟件，可以對通信系統(tǒng)的工作過程進行實時的仿真分析。它為用戶提供了一個完整的動態(tài)系統(tǒng)的可視化環(huán)境，能進行模擬，數(shù)字，數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，線性和非線性系統(tǒng)的仿真，也可對線性系統(tǒng)進行拉氏變換和 Z變換分析。此軟件在設(shè)計和研發(fā)通信系統(tǒng)的過程中發(fā)揮很大的作用。在通信硬件設(shè)備的研發(fā)過程中，很大程度上都要在 systemview軟件第4頁共4頁通信原理課程設(shè)計報告環(huán)境中進行仿真，以觀察它的系統(tǒng)可靠性，參數(shù)設(shè)置的合理性等。SystemView的環(huán)境包括一套可選的用于增加核心庫功能以滿足特殊應(yīng)用的庫，包括通信庫、DSP庫、射頻/模擬庫和邏輯庫，以及可通過用戶代碼庫來加載的其他一些擴展庫。在SystemView系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計的過程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫中選擇Token，并在設(shè)計區(qū)域中連接、搭建基本系統(tǒng)，設(shè)置每一個Token的參數(shù)，控制系統(tǒng)的起始時間、中止時間、采樣頻率，最后從分析窗中分析結(jié)果，從而達到系統(tǒng)設(shè)計和分析的目的。3.2systemviewAM差外差廣播系統(tǒng)仿真基于對原理的認識和了解， AM超外差廣播系統(tǒng) systemview仿真原理圖如下圖5:所示，其中各個模塊的具體參數(shù)見附錄： AM超外差廣播系統(tǒng)參數(shù)。圖5：AM超外差廣播系統(tǒng)systemview仿真原理圖本超外差廣播系統(tǒng)采用 20KHz來做為f（if），故取采樣頻率為 200KHz。如第5頁共5頁通信原理課程設(shè)計報告圖所示，采用了 30kHz，40kHz，50kHz三個載波頻率發(fā)射信號來模擬三個廣播單臺，模擬調(diào)制的帶寬為 5kHz以下。如果以頻率為 40kHz的廣播信號為接收頻率，那么接收機使用高邊調(diào)諧，本振應(yīng)為40+20=60kHz。調(diào)制信號采用了三個掃頻信號（模塊4,20,23）和三個正弦載波（模塊 0,3,21）信號相乘得到 AM信號，三個信號分別采用了不同的掃頻帶寬和不同的調(diào)制度。三個加法器（模塊 7，8，9）輸出服用信息。中頻濾波器采用 5極點，3dB帶寬為10kHz的切比雪夫濾波器（模塊17）。通過該濾波器后僅剩第二個頻率的音頻信號，其他被屏蔽。作為包絡(luò)解調(diào)器的低通濾波器（模塊 22）帶寬設(shè)置為 5kHz，比第二個廣播信號的帶寬略大，從而保證了低頻信號的通過，完全屏蔽高頻信號。仿真時在系統(tǒng)的系統(tǒng)時間設(shè)置可以取采樣點數(shù) 8192，采樣頻率為200kHz，以便可以直觀看到 AM調(diào)制廣播系統(tǒng)的功能作用。3.3仿真過程及結(jié)果分析原理圖確定好之后，設(shè)定時間參數(shù)。然后運行時 systemview軟件，等待運行結(jié)束后點擊工具欄中分析窗圖標。 分析窗中首先出現(xiàn)的是信號波形圖。 如下圖四出現(xiàn)的是第三個射頻信號輸出波形圖。 單擊接收分析窗口下端的接收計算器按鍵，選擇“Spectrum”便會生成相應(yīng)頻譜圖如圖 6。圖6:單個射頻（RF）信號頻譜圖三個廣播信號的復(fù)用信號（RF）波形圖如圖7所示。相應(yīng)復(fù)用信號的頻譜圖如圖所示。從圖中可以看出三個廣播信號的中心頻率分別為各自的載波頻率30kHz，40kHz，50kHz。帶寬為各自音頻信號帶寬的兩倍， 即6kHZ，8kHz，第6頁共6頁通信原理課程設(shè)計報告10kHz。從圖中可以看出三個廣播信號的頻譜完全不重疊，從而保證了三個廣播信號可以在同一個信道當中傳輸而不會相互干擾。圖 8說明了頻分復(fù)用的原理。圖7:三個廣播信號的復(fù)用信號（ RF）波形圖圖8:三個廣播信號的復(fù)用信號（ RF）頻譜圖圖9所示的是RF信號與本振混頻后的信號波形圖，圖 10為相對頻譜圖。三個廣播信號的差頻項與和頻項的頻譜與前面分析一致， 從而驗證了超外差廣播系統(tǒng)的原理。第7頁共7頁通信原理課程設(shè)計報告圖9:RF信號與本振混頻后的信號波形圖圖10:RF信號與本振混頻后的信號頻譜圖圖11為圖10中的混頻信號通過中頻濾波器后的信號頻譜圖。可以看出頻譜較為集中，僅剩下第二個廣播的差頻項被留下。圖10中頻濾波器頻譜圖第8頁共8頁通信原理課程設(shè)計報告圖11:輸出的還原信號波形圖圖12:輸入信號原始的掃頻信號波形圖10輸出的還原信號波形圖與輸入信號原始的掃頻信號波形圖11相比較，可以看出還原的信號波形與原始掃頻信號相一致。以上驗證了此AM差分式廣播系統(tǒng)仿真的正確性。第9頁共9頁通信原理課程設(shè)計報告設(shè)計結(jié)論在這次對 AM 超外差廣播系統(tǒng)的設(shè)計中，不僅掌握了對通信仿真軟件systemview的應(yīng)用能力，驗證了頻分復(fù)用的過程，加深對于相關(guān) AM超外差接收機理論的了解和學習。通過對仿真模塊的使用，仿真參數(shù)的合理設(shè)置，頻譜數(shù)據(jù)分析等過程讓我們可以直觀的了解了生活中廣播系統(tǒng)。 此次設(shè)計過程讓我了解到對于基于systemview的通信仿真系統(tǒng)搭建的一般過程。相信這項的體驗和經(jīng)歷對我們以后的工作和學習都會有很大的幫助。 而正是這樣不斷學習和了解的過程讓我們在以后的學習中能夠吸取更多的養(yǎng)分， 更好的提高自己的學習能力和對所學知識的應(yīng)用能力。故在這次的仿真實驗過程中，不僅讓我收獲到的是對于以往所學知識的運用和總結(jié)，更難得可貴的是在這個過程中， 通過體會整個系統(tǒng)的設(shè)計流程，讓我們對于應(yīng)用軟件和學習能力有著真切的感知。 當面對一個新的課題的時候，也不會再無從下手，沉下心來，才能發(fā)現(xiàn)規(guī)律，才能在所學知識當中沉淀出知識的精華，以達到真正的熟練運用和掌握。第10頁共10頁通信原理課程設(shè)計報告參考文獻]樊昌信,曹麗娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006,9.張肅文高頻電子線路（第五版）高等教育出版社樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,2012,12.周文安,付秀花無線通信原理與應(yīng)用(第二版)電子工業(yè)出版社,2012,8systemview通信仿真開發(fā)手冊北京：國防工業(yè)出版社第11頁共11頁通信原理課程設(shè)計報告附錄：AM超外差廣播系統(tǒng)各模塊參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參數(shù)23Rource:Amp=750e3VStartFre=0HzStopFreqsweepFreq=3e3HzPeriod=40.955e-3secPhase=0deg1256Multiplier3Rource:Amp=1VFreq=30e3HzPhase=0degSinusoid78910Adder11Rource:Amp=1VFreq=60e3HzPhase=0degSinusoid12131415Sink：Analysis17Operator：ChebyshevbandpassIIR5PoleslowFc=15e3HzLinearsysHiFc=25e3Hz18Function:ZeroPoint=0VHalfRctfy4Rource:Amp=1VStartFre=0HzStopFreq=4e3HzFreqsweepPeriod=40.955e-3secPhase=0deg0Rourc